[发明专利]基于纳米光纤探针的单细胞检测仪及其探针制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及电学及光学技术在生物领域的应用，特别是一种单细胞检测仪及其探针的制作方法。

背景技术

近年来，随着细胞生理研究的逐渐深入，科学家们发现，即使是同样的遗传物质，同样的周边环境，这些细胞还是会朝着不同的方向发展，有时还会生成不同的功能。单个细胞看似相同，但其化学成分和应激反应却十分不同，而且单个细胞的变化还关系到癌症，神经疾病等重大疾病。植物和动物的单细胞生物过程也远远没有完全揭示。因此单细胞分析是理解和破译许多关键的生命进程的重要手段。但是单细胞的尺寸非常小，其内含的化学成分也是超微量的，而当前的分析方法Western blot，则需要通过破碎数以百万计的细胞来实现细胞内生化指标的检测，所以传统分析方法不足以发现单个细胞水平上的差异。不仅如此，传统方法多为定点检测，无法实现实时监测。

发明内容

本发明的一个目的就是提供一种基于纳米光纤探针的单细胞检测仪，它可以通过光电两种信号对细胞及亚细胞进行检测，提高细胞检测的时间和空间分辨率。

本发明的该目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有纳米探针、光源单元、微操系统、电学检测单元、细胞定位系统、光子探测单元和数据采集及分析单元，纳米探针最内层为光纤层，在光纤层外壁包裹有纳米环电极层，在纳米环电极层外壁包裹有绝缘层；

光源单元，用于生成波长和强度均可调的光线，并通过光纤层发射至待测细胞；

微操系统，用于移动纳米探针，纳米探针安装在微操系统的动力输出端；

电学检测单元，包括有信号发生器和检测信号接收与分析器，电学检测单元的信号发生器通过纳米环电极层与电学检测单元的检测信号接收与分析器；信号发生器产生激励电信号至纳米环电极，再进入待测细胞，其电活性组分所产生的反馈电信号，检测信号接收与分析器接收并分析检测细胞中的电活性组分后反馈的电信号；

细胞定位系统，包括有用于承载待测细胞的载台和用于移动及定位待测细胞的移动载台定位装置；

光子探测单元，包括有用于接收通过待测细胞光信号的传感器和检测装置，传感器接收到的信号通过滤波器和倒置显微镜发送至检测装置，检测装置用于检测光信号的强度；

数据采集及分析单元，控制微操系统和细胞定位系统，接收并分析电学检测单元和光子探测单元的数据信号。

本发明的另一个目的就是提供一种基于纳米光纤探针的单细胞检测仪的探针制作方法，它可以制备出支持光电两种信号传输的纳米级探针，制备的探针可以向细胞发射光和电信号，接收细胞反馈的光和电信号，为细胞检测分析提供原始数据。

本发明的该目的是通过这样的技术方案实现的，具体步骤如下：1）采用激光加热的方法将多模光纤拉制成纳米探针；

2）在纳米探针的侧壁溅射上金涂层作为纳米环电极层； 

3）在纳米环电极层的外壁通过2-烯丙基苯酚和苯酚的共聚反应形成一层绝缘层；

4）对步骤3）处理后得到的样品通过聚焦离子束进行处理。

进一步，在步骤4）后进行以下处理：

5）在绝缘层外壁溅射上金涂层作为外纳米环电极层Ⅰ；

6）在外纳米环电极层Ⅰ的外壁通过2-烯丙基苯酚和苯酚的共聚反应形成外绝缘层Ⅰ；

7）在绝缘层Ⅰ外壁溅射上金涂层作为外纳米环电极层Ⅱ；

8）在外纳米环电极层Ⅱ的外壁通过2-烯丙基苯酚和苯酚的共聚反应形成外绝缘层Ⅱ。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

本发明具有高灵敏度，可以实现单细胞级别的检测，相比于传统的需要粉碎数以百万计的细胞的检测手段，需要的细胞样品量大大减少，提高了早期疾病检测的成功率。由于可以进行活体细胞的检测，避免了细胞处理过程中假象的产生，其数据可靠度比破碎细胞样品更高。不仅如此检测仪可以提供单个细胞的数据，从而得出整个细胞群体的反应曲线，而不仅是一个平均值，能更好的分析数据。相对于传统手段中的单靶标物检测，多个靶标物实时光电检测的实现，更是可以明确细胞传导过程中多个生物因子的相互作用及关联，对解析疾病机理有重大作用。本发明首次实现的亚细胞级别的药物刺激和药效检测对了解病理以及提高药物作用都有极大的推动。通过本发明，可实现实际意义上的单细胞检测，并极大的提高了时空分辨率和可检测的靶标物范围，实时检测分析单细胞内的生物化学机制。并可以在同一个探针上，实现亚细胞级别药物刺激/释放，以及光学信号和电学信号的同步检测，由此极大的推动的单细胞检测技术的发展。